石灰稳定建筑垃圾土修筑基层的适用性研究

时间：2024-12-27

肖田，张俊峰，陈明，李清华

（1.天津市政工程设计研究总院有限公司，天津 300392；2.中交一公局第六工程有限公司，天津 300451）

0 引言

建筑垃圾是城市建设与改造、房屋拆除、工程改扩建过程中产生的一种固体废弃物，据统计，我国每年排放的建筑垃圾总量超过20亿t［1］。对于如何处理和资源化利用这些建筑垃圾，广大工程技术人员进行了大量的尝试，取得了一些成果。概括而言，对于钢筋混凝土结构、水泥混凝土路面等拆除产生的以废弃混凝土为主的高品质建筑垃圾材料，多数用来生产再生集料，将再生集料与天然集料通过合理的配合比设计，可以生产再生混凝土［2-4］。也可以再生集料为原料，用于建设公路基层。而以农村老旧土房拆除产生的以渣土为主的拆房土，在经济合理的条件下，以填筑路基或者基坑为主，或者直接废弃［5］。但是，建筑垃圾的类型会受到原有建筑物性质的影响，建筑垃圾的成分通常是一种废弃混凝土块、拆房土等材料的混合料，为了确定这些废旧粒料和土的混合料及其不同组成比例的工程技术特性，进而将其作为建筑材料用于公路底基层的建设，促进公路工程建设的节能减排。文中将以石灰为结合料，研究不同配合比情况下石灰稳定建筑垃圾土的抗压强度、劈裂强度和水稳定性等，探讨将其用于修筑公路底基层的技术性能及适用性。

1 原材料性质

1.1 石灰

石灰是河北涞源生产的Ⅱ级钙质消石灰，有效氧化钙和氧化镁的含量合计62.7%。

1.2 建筑垃圾土

文中试验用的建筑垃圾土来自天津市津南区的村庄拆迁，是由废混凝土和土组成的混合料。通过筛分和处理，并试验得出建筑垃圾再生集料的主要技术指标，如表1所示。土的液限为35.6%，塑限为23.2%。

表1 建筑垃圾再生集料的主要技术指标

从建筑垃圾的实验结果可知，建筑垃圾再生集料的压碎值大于26%，只能作为二级以下公路或各级公路的底基层材料使用［6］。

2 试验方案

结合初步试验得出的天津市建筑垃圾混合料中废旧混凝土粒料和土的比例统计，以及石灰公路基层或底基层材料中常用的石灰掺量，拟定试验方案如下：

（1）为研究建筑垃圾土混合料中再生集料与土的比例对混合料性能的影响，将建筑垃圾土中再生集料的所占比例控制在20%、40%、60%和80%。

（2）作为结合料的石灰掺量分别为8%、10%和12%（外掺法）。

（3）已选定的建筑垃圾土混合料掺配比例，分别用不同的结合料进行稳定，并根据规范制作相应的标准尺寸试件［7］，分别测试石灰稳定建筑垃圾土的强度、水稳定性等各项技术性能，考察其作为公路路基建筑材料的适用性。

3 试验结果与分析

3.1 混合料的最佳含水量和最大干密度

最大干密度时公路施工中控制压实度的基础数据，根据选定的试验方案，进行标准击实试验［7］，测得不同情况下，石灰稳定建筑垃圾土混合料的最佳含水量和最大干密度，如表2所示。

表2 不同情况下石灰稳定建筑垃圾土的最佳水量和最大干密度

应用表2中的数据作出混合料最大干密度随建筑垃圾再生集料试验掺入量的变化曲线如图1所示。

图1 再生集料掺入量对混合料最大干密度的影响规律

从表2和图1的实验结果可知，石灰稳定建筑垃圾土混合料的最大干密度随着再生集料掺入量的增加有一个明显的先升后降的趋势，当再生集料掺量为55%左右时，石灰稳定建筑垃圾土混合料的最大干密度最大。这主要是因为再生集料的的自身密度大于普通土，混合料的最大干密度首先随着再生集料的掺入量而增大，但是当再生集料掺入量大于一定值（55%左右）时，因为再生集料形成一定的框架结构，在相同的击实功条件下，混合料的总体密度反而无法达到最大密实状态。

另外，最大干密度随着石灰掺量的增大而降低，但是降低幅度很小（5%以内），最佳含水量随着石灰掺量的增大而提高。

3.2 抗压强度

以最佳含水量和最大干密度为基础，测得不同情况下石灰稳定建筑垃圾土的7d龄期无侧限抗压强度，如表3所示。

表3 石灰稳定建筑垃圾土的抗压强度

从表3的试验结果可知，试验范围内所有配合比的石灰稳定建筑垃圾土的7d龄期无侧限抗压强度均大于0.7MPa，满足现行规范［6］对二级以下公路底基层的材料强度要求，可以用作二级以下公路底基层的建筑材料。当石灰掺量为8%，且再生集料掺入量不小于60%时，或当石灰掺量为10%和12%，且再生集料掺入量不小于40%时，石灰稳定建筑垃圾土的7d龄期无侧限抗压强度均大于0.8MPa，满足现行规范对二级以下公路基层和高速公路、一级公路底基层的材料强度要求，可以用作二级以下公路基层和高速公路、一级公路底基层的建筑材料。

另外，如图2所示，与最大干密度的规律相似，石灰稳定建筑垃圾土混合料的7d龄期抗压强度随着再生集料掺入量的增加有一个明显的先升后降的趋势，当再生集料掺量为55%左右时，石灰稳定建筑垃圾土混合料的抗压强度值最大。这是因为再生集料掺入量为55%左右时，混合料最为密实，单位体积内的结合料与集料的数量最大，其粘聚力和摩擦力也会最大，表现为抗压强度值最大。

图2 再生集料掺入量对石灰稳定建筑垃圾土抗压强度影响

因而，当应用石灰稳定建筑垃圾土修筑公路基层时，宜将混合料中的块状材料（集料）控制在55%左右。

石灰是混合料的结合料，石灰掺量对于混合料的抗压强度具有显著的影响，如表3所示，石灰稳定建筑垃圾土的抗压强度随着石灰掺量的增大而提高。以再生集料掺入量为40%为例，与石灰掺量为8%时混合料的抗压强度相比，当石灰掺量为10%和12%时，石灰稳定建筑垃圾土的7d龄期抗压强度分别提高4.2%和7.3%。

3.3 劈裂强度

试验测得不同情况下，180d龄期时石灰稳定建筑垃圾土的劈裂强度值，如图3所示。

图3 再生集料掺入量对石灰稳定建筑垃圾土劈裂强度影响

图3的试验结果表明，石灰稳定建筑垃圾土的劈裂强度较高，大于常用的石灰土和石灰粉煤灰土，石灰稳定建筑垃圾具有较好的抵抗拉应力的能力。同时，石灰稳定建筑垃圾土的劈裂强度随着石灰掺量的增大而提高，以再生集料掺入量为40%为例，与石灰掺量为8%时混合料的劈裂强度相比，当石灰掺量为10%和12%时，石灰稳定建筑垃圾土的180d龄期劈裂强度分别提高了6.5%和12.7%。

3.4 水稳定性

根据相关试验方法［8］，制作抗压强度试件，标准养护12d，而后经过5次干湿循环（浸水24h+自然风干48h为1次干湿循环）测定其残留的抗压强度，并与标准养护28d的对比试件抗压强度进行比较，以两者的比值作为石灰稳定建筑垃圾土混合料的水稳定系数，表征石灰稳定建筑垃圾土混合料的水稳定性优劣。试验结果见表4。

表4 石灰稳定建筑垃圾土的水稳定性

从表4的试验结果可知，除了再生集料掺量为20%、石灰掺量为8%一组以外，试验范围内其它配合比的石灰稳定建筑垃圾土的水稳定系数均大于0.7，表明石灰稳定建筑垃圾土具有良好的水稳定性，是一种良好的公路基层或底基层建筑材料。